入地之旅,其路漫漫

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  人类在地球上生活了80万年,如今已建立起高度的文明。从微小的原子世界到浩瀚的宇宙空间,人们已经有了很深入的了解。但是,对自己居住的老家——地球,特别是它的内部到底是个什么样子,人们却并不十分清楚。
  自2008年汶川大地震之后,近几年来又先后发生了海地、智利、新西兰和日本福岛等大地震,痛定思痛,人们迫切地希望对地球内部介质和结构有更多的了解,因为地球内部既是一切矿产资源的源泉,也是地震、海啸和火山等自然灾害的发源地。
  美国加利福尼亚理工学院教授、著名的行星科学家戴夫·史蒂文森认为:我们在探索外层空间方面已投入了巨大的人力物力,并已初步揭开了它的秘密,为什么不可以向地下探索呢?
  那么,史蒂文森教授等科学家到底有什么办法可以“接触”到地核呢?他们的方法行得通吗?法国著名科幻小说家儒勒·凡尔纳所写的《地心游记》能变为现实吗?
  地球内部究竟是啥样子?
  由于多种探测手段的综合运用,人们现在对地球内部的构造(指地理结构、物质组成、物理性质和状态等)已经有了初步了解。例如,现已知道,地球是分层的——最上层是地壳,地壳以下是地慢,核心部分是地核。
  地壳各处厚薄不一,最薄处800多米,最厚处可达70千米,通常由花岗岩和玄武岩构成。
  地慢厚约2900千米,上部的组成成分与橄榄岩相近,下部则为密度较大的硅酸盐和氧化物。在地慢上部有一个低速层,其温度接近于岩石的熔点,因而在地质力的长期作用下可能缓慢流动。地慢的下部则可能是可塑性固体。
  圳亥的半祀丝勺为3485千米,分夕日亥和内核两个部分。内核是固体,半径为1 215千米,外核是液体。圳亥白勺主要成分是鐵、镍,此外还有金、硫或硅等。在产生地球磁场的“地球发电机”中,地核扮演了极其重要的角色。模拟试验发现,地核中心的温度大约是6 8800C。它是46亿年前,当气体、尘埃和构成早期太阳系的大块物质碰撞形成地球时产生的。此外,科学家还发现,地核表面布满凹凸不平的地带,还充满低密度流体,结构与海洋相似。
  探测地球的传统方法
  尽管人们对地球内部的构造已有所认识,但只是大致的,并不很精确。正如史蒂文森所说的:“我们现在只深入到地球内部约10千米的地方,很少直接观察到它的内部活动。我们并不知道地核的确切构成,甚至不知道它的温度究竟是多少。因为地核距离地球表面大约有3000千米之遥。”
  迄今人们对地球内部构造的认识,主要是通过下面一些方法获得的。
  一是钻井取样,从中分析岩石的生成情况。现在世界上开凿的最深矿井只有3000米深,最深的钻井也不过14千米左右,这只是地球表面极薄的一层,从中提取的只是破碎的岩石。
  二是通过火山喷发出来的物质,来了解地球内部的物理性质和化学组成。这也是间接的方法,而不是直接观测地球内部的情景。
  三是借助地震仪,探测地球内部的秘密。地震发生时,地下的岩石受到强烈冲击,会产生弹性震动,并以波的形式向四周传播。地震波有纵波(P波)和横波(S波)之分,前者传播速度较快,可以通过固体、液体和气体传播;后者传播速度较慢,只能通过固体传播。科学家称这种现象为地球内部的各向异性。他们发现,在地下33千米处地震波有折射现象发生,因而判断此处为地壳与下面物质的分界面。后来,科学家又发现在2900千米处,纵波传播速度突然下降,横波则完全消失,因而判断此处存在着另一个不同物质的分界面。正是根据这两个分界面,科学家才把地球内部划分为地壳、地慢和地核三个圈层。
  一个激进的计划
  正因为依靠传统方法对地球内部构造特别是地核的了解极为肤浅,史蒂文森教授提出了自己的大胆建议:用1枚核弹或者几百万吨火药,在地球的某个地万炸开一条裂缝。这条裂缝应该有几百米长、约30厘米宽。然后,将1亿到10亿吨熔化了的铁水注入其中。这样,铁水会借助巨大的渗透力,直接流向地核。再借助一系列橙子大小的耐热探测器,把各种数据,包括地核的温度、化学构成和导电性等,通过某种低密度的机械波或声波,传送到地面(在这种情况下,无线电波将无法通过各个地层),供科学家分析研究。
  史蒂又森的设想在权威杂志《自然》上发表后,立刻引起人们的极大兴趣,但同时也有科学家对这个计划的可行性提出质疑。他们认为用史蒂又森的万法把探测器送达地核,可能需要数干年时间,而且铁水的用量惊人,花费极大。最重要的是,在强大地核压力的作用下,探测器直达地核裂缝的可能性不大,因而无法把数据传送到地面。事实上,这个计划提出后,至今未能实施。
  重回传统
  史蒂又森教授的激进计划虽然未能实施,但这并没有阻碍科学家前进的脚步。美国伊利诺伊州立大学的科学家就称,他们利用传统的地震研究法,已经基本揭开了地核的奥秘,并首次成功地制作出地核的三维立体模型。
  科学家运用三维光线跟踪法反复跟踪并追溯穿过地核的地震波。他们发现,地核各向异性上有明显变化,这种变化清楚地标志了地核存在着分层。研究人员表示,地核的分层可能意味着地核中铁的不同物理性质或晶相。
  研究结果表明,地核外层是由单铁晶体组成,它们沿地球转轴的排列度数各不相同。而地核内层可能是由不同晶相的铁组成,具有不同的排列模式。据有关专家分析计算,在以铁、镍为主要成分的地核中,仅金的含量就高达每吨2.6克,是地壳平均含量的600多倍,整个地球蕴藏的黄金总量多达5000万亿吨。地球真是一个“黄金矿球”啊,当然,还有许许多多比黄金更重要的科学秘密,等待着科学家们去揭开。正所谓:入地之旅,其路漫漫!
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